机械设计基础实验指导书.docx

1、机械设计基础实验指导书机械设计基础实验指导书注 意 事 项一、学生在上实验课前，应认真阅读实验指导书和实验装置、仪器设备的介绍，了解实验目的、测量方法、测量步骤和测量结果的处理,并写好预习实验报告。二、学生应按规定时间来做实验。进入实验室后，按要求签名报到。如有特殊情况，必须办理请假手续，并尽快利用空闲时间补做实验。三、学生在做实验过程中，应该保持良好的学习环境，爱护室内公共卫生，遵守实验室相关规定。四、在开始实验时，应严格遵守操作规程，听实验指导老师讲解操作全过程后，方可开展实验，使用仪器和量具。填写实验记录要认真仔细，独立完成每项实验的全部测量过程。五、在实验教学过程中，如发生事故，应停止

2、实验，及时通报，经实验指导老师查明原因，排除故障后，再恢复实验的正常进行。六、实验完毕，应将使用过的量具、仪器、附件和工件的金属表面擦洗干净，归还原处，主动清理实验现场后，经指导老师认可同意，方可离开实验室。实验一 机械设计认知实验.1实验二 机构运动简图测绘实验.4实验三 皮带传动实验.8 实验四 减速器拆装实验.14 实验一机械设计认知实验一、预备知识1机械零件的概念机械零件是组成机械和机器不可分拆的单个制件，它是机械加工制造的基本单元，又称机械元件。机械零件根据其在机器使用中的功用及制造过程可分为通用零件和专用零件。一个机械系统通常由很多零件组成，这些零件组成一个整体，在系统中相互协调，

3、使机械系统实现应有的功能。各个零件对机械系统的作用和影响是不同的，但没有不起作用的零件。2机器的组成通常一部完整机器应具备以下几个基本组成部分：原动机部分，为整部机器提供动力源；执行部分，用来完成预定功能的组成部分；传动装置，处于原动机部分和执行部分之间用来完成运动和动力参数转换的部分。简单机器只由以上三个基本部分组成，随着机器复杂程度和功能要求的提高，还会增加其它如控制和辅助等部分。3机械和机构机械是机器和机构的总称。对于机器，主要研究其在能量和运动转换的过程。当某种机构用来做功或能量转化时，机构也就成了机器。二、实验目的要求通过观察机械设计陈列柜中的各类典型零部件，结合所附图形和注解重点了

4、解以下几个方面的内容。1机械零部件的类型及作用。2机械零部件的具体结构、特点和应用场合。3各种零件的工作原理，建立感性认识，为后续内容的学习打下实践基础。4机械零件的安装、定位和结构工艺性方面的知识。三、实验设备及仪器机械设计陈列柜，陈列柜按类型共计18个柜。具体包括螺纹连接（柜、柜）、键、花键和无键连接柜、铆、焊、胶接和过盈配合连接柜、带传动柜、链传动柜、齿轮传动柜、蜗杆传动柜、滑动轴承柜、滚动轴承柜、滚动轴承装置的设计柜、弹柜簧、减速器柜、润滑与密封柜和小型机械结构设计实例柜。四、实验原理与内容机械设计陈列柜陈列了大量典型机械零部件，基本包括了机械设计基础课程所研究的常用机械零、部件，是机

5、械零、部件的实物展示，并配有图文说明。有的还通过剖切实物的办法以展示零、部件的内部结构。各个陈列柜的内容如下。（1）螺纹连接：包括螺纹的类型、螺纹连接的类型、标准连接件如螺栓、螺钉、螺母、垫圈等。（2）螺纹连接：螺纹连接的预紧、防松，螺纹连接的应用示例，提高螺纹连接强度的具体措施。（3）键、花键和无键连接：各种键连接、花键连接、无键连接和销连接。（4）铆、焊、胶接和过盈配合连接：各类形式的铆、焊、胶接和过盈配合。（5）带传动：各类传动带、带传动、带轮结构和张紧装置等。（6）链传动：链传动的组成、运动特性、链传动的类型、链轮结构和张紧装置。（7）齿轮传动：齿轮传动类型、受力分析、失效形式和齿轮的

6、结构。（8）蜗杆传动：螺杆传动类型、受力分析、螺杆蜗轮的结构。（9）滑动轴承：各类滑动轴承、轴瓦结构、动静压轴承工作情况。（10）滚动轴承：各类滚动轴承及其代号、轴承部件、滚动轴承的结构。（11）滚动轴承装置的设计：轴承装置的各类典型结构、轴承的预紧和紧固。（12）联轴器：各类联轴器共十余种。（13）离合器：各类离合器共十多种。（14）轴的分析与设计：各类轴的结构形式、轴上零件的定位方式、轴的结构设计。（15）弹簧：板簧、拉簧、压簧、碟簧、扭簧及典型结构和应用。（16）减速器：圆柱齿轮减速器、圆锥齿轮减速器、蜗杆蜗轮减速器和减速器附件。（17）润滑与密封：各类润滑方式、密封件类型、润滑密封装置

7、结构及应用。（18）小型机械结构设计实例：电刨、粉碎机、榨汁机、压面机、电钻、角磨机等。五、实验步骤1实验前，学生要预习实验报告中要求的内容和本实验的思考题，带着问题有针对性地进行观察。2本实验为认知实验，可安排在课程绪论之后进行。实验时教师可简要介绍各陈列柜的内容，然后让学生自主观察学习，老师可在现场对学生提问和答疑。3学生观察时，对于重要的内容要进行记录，以便完成实验报告要求的内容和思考题。4为获得更好的效果，可在课程相应章节结束后，再次组织学生对有关章节中的零部件进行参观，并对课堂上有关重要知识点进行复习。六、注意事项1学生进入实验室必须遵守实验纪律，未经老师许可，不得触碰实验室内的任何

8、仪器和设备。2实验陈列柜为玻璃面板，为易碎物品。实验时，要注意保持安全距离，避免相互推挤，以免造成人身伤害和设备损坏。3实验完毕后，做好相关记录表的填写，并保持实验室卫生整洁。七、思考题1普通螺栓连接和铰制孔螺栓连接从结构和承载机理上有何不同？2根据所观察情况，分析滑动轴承和滚动轴承的特点。3轴上的各个零件为什么要进行定位，轴的定位又是怎样实现的？4安装有斜齿轮的轴所采用的轴承是哪类轴承？八、实验报告式样实验一 机械零件认知实验报告1实验目的2实验仪器设备3思考题实验二机构运动简图测绘实验一、预备知识从分析机构的组成可知，任何机构都是由许多构件通过运动副的连接而构成的。这些组成机构的构件其外形

9、和结构往往是非常复杂的，但决定机构各部分之间相对运动关系的是原动件的运动规律、运动副类型及运动副相对位置的尺寸，而不是构件的外形(高副机构的轮廓形状除外)、断面尺寸以及运动副的具体结构。因此，为了便于对机构进行分析或设计新机构，可以撇开构件、运动副的外形和具体结构，而只用简单的线条和符号来表示构件和运动副，然后按比例定出各运动副的位置，以此来表示机构的组成和运动情况。这种表示机构相对运动关系的简单图形称为机构运动简图。掌握机构运简图的绘制方法是工程技术人员进行机构设计、机构分析、方案讨论和交流所必需的。二、实验目的1初步掌握根据实际机器或机构模型绘制机构运动简图的技能。2验证和巩固机构自由度的

10、计算方法。三、实验设备及仪器1若干个机构模型；2自备三角尺、圆规、铅笔、橡皮和草稿纸等。四、实验原理与内容机构的运动简图是工程上常用的一种图形，是用符号和线条来清晰、简明的表达出机构的运动情况，使人看了对机器的动作一目了然。在机器中各种机构尽管它们的外形和功用各不相同，但只要是同种机构，其运动简图都是相同的。机构的运动仅与机构所具有的构件数目和构件所组成的运动副的数目、类型、相对位置有关。因此在绘制机构运动简图时，可以不考虑构件的复杂外形，运动副的具体构造，而用简单的线条和规定的符号（参看表1-1）来代表构件和运动副，并按一定的比例尺寸表示各运动副的相对位置，画出能准确表达机构运动特性的机构运

11、动简图。表1-1 常用平面运动副符号五、实验方法与步骤1分析机构的运动情况，判别运动副的性质通过观察和分析机构的运动情况和实际组成，先搞清楚机构的原动部分和执行部分，使其缓慢运动，然后循着运动传递的路线，找出组成机构的构件，弄清各构件之间组成的运动副类型、数目及各运动副的相对位置。2恰当地选择投影面选择时应以能简单、清楚地把机构的运动情况表示清楚为原则。一般选机构中多数构件的运动平面为投影面，必要时也可以就机械的不同部分选择两个或多个投影面，然后展开到同一平面上。3选择适当的比例尺根据机构的运动尺寸，选择适当的比例尺l，使图面匀称，先确定出各运动副的位置（如转动副的中心位置、移动副的导路方位及

12、高副接触点的位置等），并画上相应的运动副符号，然后用简单的线条和规定的符号画出机构运动简图，最后要标出构件号数、运动副的代号字母以及原动件的转向箭头。4计算机构自由度并判断该机构是否具有确定运动在计算机构自由度时要正确分析该机构中有几个活动构件、有几个低副和几个高副。并在图上指出机构中存在的局部自由度、虚约束及复合铰链，在排除了局部自由度和虚约束之后，再利用公式计算机构的自由度，检查计算的自由度数是否与原动件数目相等，以判断该机构是否具有确定运动。例：图1-2是回转偏心泵机构，下面按照实验方法与步骤来绘制该机构的运动简图，并计算其自由度。（1）观察该机构，找到原动件为偏心轮2，偏心轮起着曲柄的

13、作用，连杆3及转块4为从动件，偏心轮2相对机架1绕O点回转，并通过转动副联接带动连杆3运动，连杆3既有往复移动又有相对转动，转块4相对机架做往复转动。通过分析可知该机构共有3个活动构件和4个低副（3个转动副、1个移动副）。（2）根据该机构的运动情况，可选择其运动平面（垂直于偏心轮轴线的平面）作为投影面。（3）根据机构的运动尺寸，按照比例尺确定各运动副之间的相对位置；然后用简单的线条和规定的简图符号绘制出机构运动简图，如图1-3所示。（4）从机构运动简图可知：活动构件数n=3，低副数 Pl=4，高副数 Ph=0，故机构自由度 F=3n-2Pl-Ph=33-24-0=1，而该机构只有一个原动件，与

14、机构的自由度数相同，所以该机构具有确定的运动。六、注意事项1每人应按照上述方法完成至少两个机构的运动简图绘制及自由度计算。2绘制运动简图时注意一个构件与其它构件用运动副相连的表达方法。3绘制机构运动简图时注意高副中的滚子与转动副的区别，可以用大些的实心圆表示高副滚子，用小些的空心圆表示转动副。4注意构件的尺寸，尤其是固定铰链之间的距离及其相互位置。5注意运动简图的标注，包括：构件序号、原动件、运动副字母等。七、思考题1一个正确的“机构运动简图”应能说明哪些内容？2什么情况下机构中存在“死点”？怎样避免？3什么是复合铰链、局部自由度、虚约束？八、实验报告式样实验二机构运动简图测绘实验报告1实验目

15、的2实验设备及工具3实验数据记录序号机构名称机构运动简图自由度计算1l=2l=4实验结果分析（1）曲柄存在条件的验证：（如果所选机构不存在曲柄应加以说明）（2）各机构有哪几部分组成：5思考题实验三皮带传动实验一、预备知识1带传动组成及其特点图2-1带传动的组成带传动是一种挠性传动，它由主动带轮1、从动带轮3和传动带2组成。带传动具有结构简单、传动平稳、价格低廉和缓冲吸震、适于远距离传动等优点，因而在机械中被广泛使用。2带传动的原理和类型根据带传动原理的不同，可将带传动分为摩擦型带传动和啮合型带传动两大类。其中摩擦型带传动靠皮带张紧后与带轮间产生的摩擦力来传动。啮合型带传动靠带轮与皮带的凹槽和凸

16、起相啮合来传动。摩擦型带传动又根据传动带截面形状不同，分为V带传动、平带传动、圆带传动和多楔带传动等。本实验所用的传动带为平带。3带的应力分析带传动在工作时，其上作用的应力有三种：拉应力，由紧边和松边的拉力所产生；离心拉应力，由带轮处的皮带作圆周运动所产生，并作用于带的全长范围内；弯曲应力，由于带在带轮处的弯曲变形所产生，只作用在皮带与带轮相接触的区域。4带的弹性滑动和打滑弹性滑动是由于带的紧边拉力和松边拉力不同而造成的皮带速度与带轮线速度不同步的现象。具体表现在主动带轮处，皮带的线速度小于主动带轮的线速度。而在从动带轮上，则表现为皮带速度高于带轮的线速度。弹性滑动是摩擦型带传动固有的属性，而

17、打滑则是由于带所传递的功率突然增大并超过了带的传动能力时出现的带与带轮间显著的相对滑动，此时带传动实质上已失效。5带传动的传动比由于带的弹性滑动的影响，使得从动带轮的圆周速度小于主动带轮的速度。把从动带轮相对于主动带轮的圆周速度降低率称为滑动率，其在数值上为 （2-1）式中，、为主、从动带轮的线速度；、分别为主、从动带轮的基准直径；、分别为主、从动带轮的转速。则传动比为 （2-2）通常为0.010.02，在传动计算时可忽略不计。6、带传动的效率若测得主动带轮上的驱动转矩和转速、从动带轮的负载转矩和转速，传动的机械效率为 （2-3）二、实验目的要求1了解带传动实验台的结构和工作原理。2了解机械传

18、动效率的测量原理和方法。3观察带传动的弹性滑动和打滑，注意区分二者的本质差别。4体验带传动的初拉力与传动能力的关系。5测定皮带传动滑差率、效率并绘制实测曲线。三、实验设备及仪器实验用设备为带传动实验台，如图2-2所示图2-2皮带传动实验台1. 电机移动底板 2. 砝码和砝码架 3. 力传感器 4. 转矩力测杆 5. 主动电动机 6. 平带 7. 光电测速装置 8. 发电机 9. 灯泡组 10、机座机壳 11. 操纵面板1主要结构及工作原理如图2-2所示，该实验台由皮带6和一个装有主动带轮的直流伺服电动机组件、另一个装有从动带轮的直流伺服发电机组件、初拉力施加装置和操纵面板构成。（1）主动轮电机

19、5为两端带滚动轴承座的直流伺服电机，滚动轴承座固定在一个滑动底板1上，电机外壳（定子）未固定可相对其两端滚动轴承座转动。滑动的底板能相对机座10在水平方向滑动。（2）砝码架和砝码2与滑动底板通过绳和滑轮相连，构成初拉力施加装置。加上或减少砝码，即可增加或减少皮带初拉力。（3）从动轮电机8为两端带滚动轴承座的直流伺服发电机，电机外壳（定子）未固定，可相对其两端滚动轴承座转动，轴承座固定在机座机壳上。（4）发电机和灯泡9，以及实验台内的电子加载电路组成实验台加载系统，该加载系统可通过计算机软件主界面的加载按钮控制，也可用面板上触摸按钮6、7（图2-3所示）进行手动控制和显示。（5）转动的两电机外壳

20、上装有测力杆4，可把电机外壳转动时产生的转矩力传递给传感器。主、从动皮带轮扭矩力可直接在面板各自的数码管上读取。（6）两电机后端装有光电测速装置和测速转盘7，测速方式为红外线光电测速；主、从动皮带轮转速可直接在面板各自的数码管上读取。（7）直流电动机的调速电源，采用先进的脉冲宽度调制的调速电源。 2主要技术参数直流电机功率为 355W主电机调速范围 501500rpm皮带轮直径 D1=D2=120mm皮带初拉力值为 23.5kg.f杠杆测力臂长度 L1=L2=120mm（L1、L2电动机、发电机中心至传感器中心的距离）压力传感器 精度为1% 测量范围为050N图2-3 皮带传动实验台面板布置图

21、1. 电源开关 2. 电动机转速调节 3. 电动机转矩显示 4. 发电机转矩显示5. 加载显示 6. 加载按钮 7. 减载按钮 8. 发电机转速显示 9. 电动机转速显示3电气面板布置及说明如下：4电气装置工作原理该仪器电气测量控制由三个部分组成：（1）电机调速部分：该部分采用专用的由脉宽调制（PWM）原理设计的直流电机调速电源，通过调节面板上的调速旋钮对电动机调速。（2）仪器控制直流电源及传感器放大电路部分：该电路板由直流电源及传感器放大电路组成，直流电源主要向显示控制板和4组传感器放大电路供电，放大电路将4个传感器的测量信号放大到规定幅度供显示控制板采样测量。（3）显示测量控制部分：该部分

22、由单片机、A/D转换、加载控制电路和RS-232接口组成。A/D转换控制电路负责转速测量和4路传感器信号采样，采集的各参数除送面板进行显示外，经由RS-232接口送上位机（电脑）进行数据分析处理。加载控制电路主要用于计算机对负荷灯泡组加载，也可通过面板上的触摸按钮对灯泡组进行手工加载和卸载。5电气装置技术性能测速范围： 50转/分1500转/分直流电动机功率：355W发电机额定功率：355W灯泡额定功率：共320W（8个40W）环境温度： 040相对湿度： 85%电源电压：交流220V10% 50Hz工作场所：无强烈电磁干扰和腐蚀气体。四、实验原理与内容通过调整带传动的工作载荷，记录主动带轮转

23、速转矩、从动轮带转速转矩、根据记录数据进行滑动率曲线和效率曲线的绘制。在较小的初拉力下，逐步增加载荷，观察带传动的打滑失效。五、实验步骤1根据皮带选择一定的初拉力（以砝码表示），如需改变初拉力，只须增减砝码。2将电机调速旋钮逆时针转到底，再接通电源，缓慢调整电机转速至1000r/min。3按加载键，点亮1个灯泡。此时，电动机转速可能会有变化，调整其转速保持在1000 r/min，待运转平稳后，记录电动机的转矩和发电机转速转矩。3继续加载，依次点亮2个、3个、直至8个灯泡，记录每种载荷下电动机的转矩和发电机转速转矩。4根据记录数值计算滑动率和效率，绘制带传动滑动率曲线和效率曲线。5保持相对较小的

24、初拉力(砝码数量少)，逐步增加载荷，观察电动机和发电机转速的差别，直至出现打滑。六、注意事项1接通电源前进行如下检查：平带是否处于正确的安装位置，初拉力施加装置的拉紧绳位置是否正确，逆时针转动调速旋钮使其处于最低速状态。2皮带和带轮要保持非常清洁，绝对不能粘油。如果不清洁，先用干净的汽油、酒精清洗干净，再用干净的干抹布擦干净。3实验前电动机活动底板要反复推动，以确保灵活。检查平带是否处于正确的安装位置，初拉力施加装置的拉紧绳位置是否正确。4启动电源开关前，需将面板上的调速旋钮逆时针旋到底（转速最低位置）。以避免电机高速运动带来的冲击损坏传感器。在砝码架上加上一定的在砝码使皮带张紧，以确保实验安

25、全。5测试前，先开机将皮带转速调至1000r/min以上，运转30分钟以上。使皮带预热以保证实验时性能稳定。6当皮带加载至打滑时，运转时间不能过长，防止损坏皮带。7在皮带滑出的情况下，一般可将皮带调头，再装上进行实验。如在调头后，依然滑出，则需将电机支座固定螺钉松动，调整位置使两个带轮的轴线保持平行后，再拧紧螺钉，继续做实验。8实验结束后，将调速旋钮逆时针旋到底，并缷去发电机载荷，取下初拉力施加装置中的砝码。七、思考题1为何接通电源电机开始运转后，电动机或发电机上固定的转矩力测杆都会向压紧传感器的方向转动？2分析带的弹性滑动和打滑的区别。3预紧力对传动能力有何影响？八、实验报告式样实验三 皮带

26、传动实验报告1实验目的 2实验仪器设备3实验数据记录（1）滑动率和效率的测定砝码重量：输入轴转速：1000转/分载荷输入轴转矩输出轴转速、转矩滑动率机械效率（2）观察打滑失效砝码重量打滑时的载荷输入轴转速转矩输出轴转速转矩4图线绘制（1） 滑动率曲线（2） 效率曲线5实验结果分析（1）分析并解释所得的滑动率曲线和效率曲线的变化趋势。（2）分析初拉力与带传动能力间的关系。实验四减速器拆装实验一、预备知识1概述减速器是由封闭在刚性箱体内的齿轮传动或蜗杆传动等所组成、具有固定传动比的独立传动部件。减速器具有结构紧凑、效率高和维护方便等特点，故广泛应用于各种机器传动中。减速器通常用来降低转速传递动力以

27、适应机械的要求。在少数情况下，也用来增速传递动力，这时称为增速器。由于减速器所具有的特点和应用的广泛性，它的主要参数（中心距、传动比、模数、齿宽系数与齿数和等）已实现标准化，并由专业工厂成批生产。有时，也可根据具体情况和需要自行设计和制造。2减速器的分类减速器的类型很多，其分类方法有：（1）根据传动类型，可分为齿轮、蜗轮和齿轮-蜗轮减速器和行星和少齿差减速器等。（2）根据齿轮形状，可分为圆柱齿轮，圆锥齿轮和圆锥-圆柱齿轮减速器。（3）根据传动的级数，可分为单级和多级减速器。单级圆柱齿轮减速器一般传动比i=18。如果i10，则大小齿轮直径相差很大，减速器结构尺寸和重量也相应增加，这时可改用二级减

28、速器或三级减速器。（4）根据轴在空间的位置，可分为卧式和立式减速器。（5）根据传动的布置形式，可分为展开式，分流式和同轴式减速器。3减速器的结构减速器一般主要由齿轮（或蜗轮）、轴、轴承和箱体等四部分组成。下面着重介绍减速器箱体的结构、轴及轴上零件的定位。（1）减速器箱体结构减速器的箱体为安置传动件的基座，应保证传动轴线相互位置的正确性。因而，轴孔必须精确加工，箱体本身必须具有足够的刚度，以免引起沿齿宽方向的载荷分布不均。为了增加箱体刚度，通常在箱体上加有筋板，箱体通常分成箱座和箱盖两部分。为便于装拆，其剖分面应与齿轮轴线所在平面相重合。剖分面之间不允许用垫片和其他任何填料（必要时为了防止漏油，

29、允许在安装时涂一薄层水玻璃或密封胶），否则会破坏轴承和孔的配合。箱体通常用灰铸铁（HT15-33或HT20-40）铸成。单件生产时也可用钢板焊接而成，以降低成本。箱盖和箱座之间用螺栓联接，为了使螺栓尽量靠近轴承孔，在箱体上做成凸台，但要注意留出扳手空间。考虑到减速器在制造、装配及维护使用过程中的特点，还需要设置一些附件。例如，为了确保上盖与箱座间相互位置的正确性，在剖分面凸缘上采用两个圆锥定位销；为了便于检视齿轮的啮合情况和注入润滑油，在箱盖上开设观察孔，平时观察孔盖用螺钉拧紧；为了更换润滑油，在箱座下部设有放油孔，平时用螺栓堵住；为了检查箱体内润滑油的多少，设有油面指标器或测油尺；考虑到减速器长时间运转，油温会逐步升高，引起箱体内气体膨胀而造成漏油，在箱盖上部设有通气器；为了便于装拆和搬运，箱盖上设有吊环；提升整体减速器时则用箱座两侧的吊钩；为了拆卸箱盖，在其凸缘上制有一或两个螺纹孔，拧入螺钉后即可顶起箱盖。（2）轴及轴上零件的定位为保证减速器能正常工作，减速器中轴及轴上的零件均必须准确定位。轴的定位主要通过轴承的定位来实现。轴上零件的定位包括轴向定位和周向定位两个方面。轴向定位是防止零件出现轴向移动，周向定位是限制轴上零件与轴发生相对转动。轴承的周向定位主要通过与轴或轴承座孔的配合来实现；轴承的轴向定位通过在轴上的定位(指内圈